태양광 발전 시스템의 설계에서 모듈 배치와 3D 배치는 서로 긴밀하게 연결된 핵심 요소입니다. 모듈 배치는 단순히 패널을 배열하는 작업이 아니라, 시스템 성능에 직접적으로 영향을 미치는 1차 손실(일사량 차단)과 2차 손실(전기적 미스매칭)을 분석하고 최적화하는 과정입니다.
특히, 스트링 연결 방식은 발전 성능의 균형을 유지하고 효율적인 에너지 흐름을 보장하기 위해 매우 중요한 역할을 합니다.
이번 글에서는 PVsyst의 3D 배치와 모듈 배치 기능을 활용하여 스트링 연결을 최적화하는 방법을 다루겠습니다. 주변 음영 분석을 통해 모듈 간 음영 영향을 최소화하고, 이를 기반으로 스트링 결선을 효율적으로 설계하는 과정을 단계별로 설명해 드리겠습니다.
핵심내용 요약
- PVsyst 모듈 배치는 일사량 블로킹 및 미스매칭에 의한 손실을 검토하고, 시스템의 전기적 성능을 최적화하는 중요한 과정입니다.
- 모듈 배치와 직렬 결선은 시스템의 발전 성능과 효율성을 결정하며, 자동 스트링 설정 기능을 통해 편리하게 배치를 완료할 수 있습니다.
- 3D 배치 후 음영 계산을 통해 태양의 이동 경로에 따른 손실을 시각적으로 확인할 수 있습니다.
모듈 배치(직렬 연결)
주변 음영(3D 배치)[Near Shadings]을 설정 후, 1차 손실과 2차 손실을 검토하기 위한 모듈 배치(직렬결선)[Module layout]를 진행합니다. 여기서 말하는 1차 손실과 2차손실은 다음과 같습니다.
📌 일사량 블로킹(1차 손실)
- 이는 태양광 모듈이 그늘이나 다른 장애물로 인해 태양 빛을 온전히 받지 못할 때 발생하는 손실입니다.
- 이로 인해 모듈이 받는 일사량이 줄어들고, 결과적으로 에너지 생산량도 감소합니다.
- 이 손실은 모듈 배열에 직접적인 그림자가 생기거나 지리적 장애물로 인해 일사량이 차단될 때 발생합니다. 흔히 선형 손실(Linear Loss)이라고도 합니다.
📌 미스매칭에 의한 전기적 손실(2차 손실)
- 이 손실은 태양광 모듈 사이에 발생하는 전기적 비일치로 인해 발생합니다.
- 태양광 모듈은 직렬로 연결될 때, 가장 적은 일사량을 받는 모듈이 전체 스트링의 전류를 제한하게 됩니다.
- 따라서 하나의 모듈이라도 부분적으로 그늘에 가려지면, 해당 스트링 전체가 영향을 받아 전력 생산이 저하됩니다.
- 미스매칭 손실(Mismatch Loss)는 이러한 전기적 비일치로 인해 추가로 발생하는 손실을 의미하며, PVsyst에서는 이를 2차 손실로 계산합니다.
선택사항[Optional]에 있는 모듈 배치(직렬 결선)[Module layout]을 클릭(1.Click)합니다.
모듈 배치(직렬 결선) 정보 입력
3D 배치한 정보를 불러오는 과정에서, 모듈 설정이 완료되지 않으면 오류 메시지가 표시(참고1)되며 모든 옵션이 활성화되지 않습니다. 그림에 나와 있는 오류 메시지에 따르면 모듈 설정이 필요함을 알려주고 있으며, 모듈 전체 설정[Set all modules]을 클릭(1.Click)하여 설정을 완료해야 합니다.
모듈 전체 설정[Set all modules]을 선택하면 전기적 탭이 활성화됩니다. 활성화된 전기적[Electrical] 탭을 클릭(1.Click)하여 사용자는 태양광 모듈의 스트링 연결 및 전기적 설정을 관리할 수 있습니다.
📌 (참고1)스트링 할당 및 연결
- 스트링 할당 체크박스를 통해 각 PV 모듈을 스트링에 연결할 수 있습니다.
- 이 탭에서는 개별 모듈을 스트링에 수동으로 연결하거나, 자동 스트링 지정 기능을 사용할 수 있습니다.
- 좌측 하단에 표시된 정보에는 각 인버터에 연결된 스트링의 세부 사항이 나열되며, 모듈이 각 스트링에 어떻게 연결되어 있는지 확인할 수 있습니다.
- 이 정보는 시스템의 전기적 성능과 효율성을 결정하는 데 중요한 요소로 작용합니다.
스트링을 설정하는 방법에는 수동 설정과 자동 설정 두 가지 방식이 있습니다. 먼저, 수동 설정 방법을 살펴보겠습니다.
📌 스트링 수동 설정
- 원하는 스트링을 먼저 클릭(1.Click)하면, 선택된 스트링에 해당하는 칸의 색상이 변하게 됩니다.
- 우측의 배열된 모듈 중에서 원하는 모듈을 직접 선택하여 스트링을 구성할 수 있습니다(참고1).
- 모듈은 하나씩 클릭하여 선택할 수 있으며, 마우스로 드래그하여 여러 모듈을 동시에 선택하는 것도 가능합니다.
- 만약 설정된 스트링과 다른 직렬 구성을 선택하면, “스트링의 모든 모듈은 영향을 받습니다!”라는 오류 메시지가 나타납니다. 이 절차를 통해 원하는 모든 스트링에 대해 설정을 완료할 수 있습니다.
📌 스트링 자동 설정
- 스트링 자동 적용[Auto attribution] 버튼을 클릭(1.Click)하여, PV 모듈의 스트링 배치를 자동으로 설정할 수 있습니다. 창이 열리면 테이블 내 모듈 배치 옵션을 선택해 모듈 배치 방식을 설정합니다.
- 테이블 내 모듈 배치[Modules distrib. within tables] 옵션을 선택 후, 모두 배포[Distribute all]를 클릭(2.Click)하면 테이블 내에 모듈이 자동으로 배치됩니다.
- 배치된 내용을 확인 후 닫기[Close]를 클릭(3.Click)합니다.
📌 (참고1)테이블 내 모듈 배치[Modules distrib. within tables]
- 채움 모드[Filling mode]
- 1개 행 스트링[String on one row]부터 5개 행 스트링[String on 5 rows]까지 선택할 수 있습니다.
- 1개 행 스트링[String on one row]은 한 행에 모든 모듈이 직렬로 연결된 방식입니다. 예를 들어, 한 줄에 10개의 모듈이 배치되고, 그 모듈들이 하나의 스트링으로 연결됩니다.
- 2개 행 스트링[String on 2 rows]은 한 행에 배치된 모듈을 두 개의 스트링으로 나누어 연결하는 방식입니다. 이 경우, 한 줄에 있는 모듈들이 두 개의 독립된 스트링으로 나뉘어 각각의 전기 회로를 형성하게 됩니다.
- 채움 방향[Filling direction]
- 테이블 내에서 모듈을 가로로[Horizontally] 배치할지, 세로로[Vertically] 배치할지 선택할 수 있습니다.
- 채움 원점[Filling origin]
- 테이블 내에서 모듈의 배열 시작점을 왼쪽 아래에서[From bottom left] 할지, 오른쪽 아래에서[From bottom right] 할지, 왼쪽 위에서[From top left] 할지, 오른쪽 위에서[From top right] 할지 선택할 수 있습니다.
- 채움 모드[Filling mode]
- 테이블 내에서 모듈을 왕복[Going Back And Forth], 왼쪽에서 오른쪽으로 정렬[Left to right aligned], 왼쪽에서 오른쪽으로 연속[Left to right continued]을 선택할 수 있습니다.
자동 스트링 설정을 완료하면, 각 모듈을 하나씩 선택할 필요 없이 모든 스트링이 자동으로 배치됩니다. 각 모듈이 스트링에 연결된 후, 주변 음영(3D 배치)[Shadings 3D] 탭이 자동으로 활성화됩니다. 활성화된 탭을 클릭(1.Click)하여 설정을 계속 진행할 수 있습니다.
마지막으로 음영 애니메이션[Shadings animation] 탭(참고1)에서 계산[Calculate] 버튼을 클릭(1.Click)하면, 설정된 스트링에 따른 일사량 손실 그래프를 확인할 수 있습니다(참고2).
이 그래프는 하루 동안 태양의 이동 경로와 음영에 의해 발생하는 손실 비율을 시각적으로 보여줍니다. 그래프를 통해 시스템 성능에 미치는 음영 영향을 보다 직관적으로 분석할 수 있습니다.
모든 설정과 음영 계산을 확인한 후, 확인[OK] 버튼을 클릭(2Click)하여 설정을 마무리합니다.